智能通信節點設計分析論文

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摘要：介紹一種基于雙口RAM的LonWorks現場總線智能通信節點的設計方法，并給出詳細的設計步驟、硬件及軟件實現。通過此LonWorks智能通信節點，能夠完成RS-232-C/RS-485標準與LonTalk協議間的轉換提供RS-232-C/RS-485網絡到LonWorks網絡的接口，因此，具有很高的應用價值。

關鍵詞：現場總線LonWorks智能節點神經元芯片雙口RAM

引言

LonWorks(LocalOperatingNetworks，局部操作網絡)總線是由美國Echelon公司推出的一種現場總線技術。由于LonWorks控制網絡的開放性、高速性和互操作性，它已廣泛用于工業、樓宇、家庭、辦公設備、交通運輸、能源等自動化領域。EIARS-232-C/RS-485通信網絡在控制系統中應用最為普及，許多設備大都只提供RS-232或RS-485/422接口，不能直接接入LonWorks網絡。因此，需要將現場LON網絡介質上的信息轉換為RS-232-C/RS-485標準的信號，或將RS-232-C/RS-485標準信號轉換為包含LonTalk協議的數據，從而實現不同網絡間的數據傳輸，同時也為上位PC機、底層工作站提供轉換接口。本文所設計的LonWorks智能通信節點方便地與EIARS-232-C/RS-485標準的串行I/O設備進行通信，輕松實現現場節點與上位PC機或其它RS-232-C/RS-485控制設備之間的可靠、準確、快捷數據傳遞。

1LonWorks智能通信節點的硬件結構

1.1節點硬件電路設計

智能節點以Neuron神經元處理器芯片為核心，其硬件電路還包括收發器、EEPROM、雙口RAM、譯碼電路和service電路等。以神經元芯片構成網絡接口，由它通過LonTalk協議與網上的其它智能節點通信，并通過雙口RAM的訪問實現與其它網絡系統的數據交換。節點中用雙口RAM充當不同網絡通信過程中現場信息的接收、發送緩沖區，完成最近發送到達的交換數據的存儲轉發功能，緩解和避免系統緩存緊張和瓶頸的產生。用非易失性存儲器EEPROM存放LonTalk網絡協議固件、多任務調度程序、網絡適配器通信管理程序以及網絡配置信息等。節點的硬件組成結構如圖1所示。

智能節點的基本結構可分為兩部分：以Neuron3150神經元芯片主構成的LonWorks現場總線一側，其基本功能是實現LON網絡上的智能節點功能；另一側是由單片機系統構成的串行通信接口，其功能是實現EIARS-232-C/RS-485標準的串行通信。在這兩部分間采用了雙口RAMCY7C130芯片作為數據共享區。CY7C130通信接口電路的左端口與Neuron3150芯片連接，右端口與8051單片機系統連接，如圖2所示。雙口RAM的兩端都有獨立的數據線、地址線和控制線，兩端都可對雙口RAM的任意單元進行操作。只要兩端不同時對同一地址單元進行操作就不會發生沖突。BUSY顯示本端口想要存取的地址正在被另一個端口操作，發生硬件沖突時，后操作一端的BUSY信號有效。

在應用中分別對雙口RAM1KB的存儲空間進行定義，即CY7C130的同一存儲單元對于Neuron3150芯片及8051單片機系統各有一個地址，這樣兩個系統均能對其進行存取操作。在智能節點中，Neuron3150芯片對1KB空間的地址為D000H～D3FFH。8051單片機系統對它的定義為0000H～03FFH。值得注意的是，CY7C130芯片3FFH和3FEH兩個單元被用作固定用途：當左端Neuron3150芯片向3FFH單元寫入數據時，將產生中斷信號INTR；同理，當右端8051單片機向3FEH單元寫入數據時，將產生中斷信號INTL。利用這兩個信號，可以將系統設置為中斷工作方式，達到節省通信時間的目的。由于雙向數據信息的交換，可以這樣來劃分雙口RAM存儲區間：000H～01FFH單元存入Neuron3150芯片向8051傳送的信息，而200H～3FFH單元存放由8051向Neuron3150發送的信息，并將同類但不同次的信息放在固定的存儲單元，每次都以新的數據覆蓋上次的數據。這樣就不必進行標志的判斷，只需要固定單元取數據就可以進行處理，既節省時間，又安全可靠。

1.2硬件的抗干擾

LonWorks設備往往工作在復雜的電磁環境中，其自身各部分與周圍其它電子設備之間，都不可避免地存在各種形式的電磁干擾和靜電放電。為了保證通信的準確無誤，延長硬件使用壽命，該通信節點在設計上結合LonWorks電路自身特點，采用有關接地、屏蔽和濾波的適當處理，有效減小了電磁干擾的影響。針對收發器FTT-10A，設計抗干擾電路時，應主要圍繞印刷電路板上星形地結構和火花隙的設計。對于靜電放電（ESD），在印刷電路板（PCB）設計中，采用火花放電隙，能夠削弱到達收發器和后續緩沖器電路的ESD能量，使用箝位二極管，能大大增強節點承受來自網絡連接端的ESD能力。對于電磁干擾，應盡量保證強噪聲源（如DC/DC變換器、時鐘電路等）遠離收發器FTT-10A。

2LonWorks智能通信節點的軟件設計

在LON網程序設計中使用NeuronC語言。NeuronC是一種基于ANSIC且帶有網絡通信和高級硬件設備接口擴展語句的高級不應該。它增加了對I/O、事件處理、消息傳遞和分散數據目標的支持，擴充了包括軟件定時器、網絡變量、顯示消息、一個多任務調度程序以及其它各具特點的函數等。采用NeuronC語言開發的應用程序，可直接在Lonbuilder神經元仿真器上進行調試，因此應用程序的開發可獨立于硬件設計進行。智能節點通信流程如圖3所示。

程序中，節點Neuron3150側使用顯示報文通信，能有效實現智能節點與單片機進行雙向通信的功能。用NeuronC語言進行節點設計編程時，必須首先查詢IO_6和IO_7的內容。定義兩個比特類型的輸入變量INTL和BUSYL，通過查詢這兩個變量的內容來確定程序的運行流程。編程如下：

//*****包含文件*****

#include<string.h>

#include<control.h>

//*****公共變量聲明*****

#defineTlon_4850xd000//定義從LON網上所接收數據在雙口RAM存儲單元首址

#definT485_lon0xd0200//定義從單片機側所接收數據在雙口RAM存儲單元首址

IO_6inputbitINTL;//定義IO_6,IO_7為比特類型的輸入變量

IO_7inputbitBUSYL;

Msg_tagtag_out1;//定義輸出消息標簽

//****系統主程序********prioritywhen(msg_arrives)//顯示網絡消息事件

{unsignedint*p;//存儲從LON網上接收的數據

inti;

p=(unsignedint*)(Tlon_485);

for(i=0;I<30;i++)

{*p=msg_in.data[i];

p++;

}

}

}

when(io_in(INTL)==0)//當單片機側有數據時申請中斷

{when(io_in(BUSYL)==1)

{unsignedint*u;

intj;

u=(unsignedint*)(T485_lon);

msg_out.code=1;

msg_out.tag=tag_out1;

for(j=0;j<30;j++)

{msg_out.data[j]=*u;

u++;

}

msg_send();//向LON網其它相關節點發送數據

}

}

圖3

3結論

實際運用證明，該智能通信節點能實現與其它多種常規智能節點（如模擬量I/O節點、開關量I/O節點等）構成現場總線控制網絡，實現了RS-232-C/RS-485到LonWorks網絡網關的關鍵技術，保證了網絡接口的高速數據傳送。特別在當前樓宇自動化DCS控制系統中，基于控制器串口的小型主從式RS-485控制網絡系統仍然應用得相當普遍。將Lonworks和RS-485兩種控制網絡進行網絡集成，就可以充分發揮LonWorks技術在通信上的優勢，構成節點的主從式RS-485網絡的分級混合控制網絡設計方案，因此有很高的推廣應用價值。